Устройство для моделирования дорожного движения

 

Изобретение относится к техническим средствам моделирования и обучения управлению дорожным движением и может быть использовано для исследования режимов и характеристик движения транспортных средств на улично-дорожной сети в условиях светофорного регулирования. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. Устройство содержит распределители 1 вариантов движения, блоки 2 коммутации, задатчик 3 вариантов движения, блоки 4 индикации, блоки 5 задания скорости движения, блоки 6 задания интервалов следования, формирователи 7 режимов и характеристик движения, ключевые элементы 8, преобразователь 9 частоты в напряжение и блок синхронизации. Устройство обеспечивает моделирование непрерывного движения в зоне нескольких перекрестков, образования и разъездов очередей в зоне нескольких перекрестков, движения в условиях координированного регулирования по принципу "зеленая волна" и в условиях регулирования по принципу "зеленая улица" и движения в условиях независимого регулирования. 3 ил.

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СО14ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А2

„„SU„„)5)8 (51)4 С 09 В 9 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (61) 1065870 (21) 4364697/31-) 1 (22) 13. 01. 88 (46) 30,10.89. Бюл. У 40 (71) Усть-Каменогорский строительно-дорожный институт (72) В.Н. Береза, Ж.О. Кульсеитов и Л.Т. Вяткин (53) 681.136.51(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1065870, кл. G 09 В 9/04, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДДЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к техническим средствам моделирования и обучения управлению дорожным движением и может быть использовано для исследования режимов и характеристик движения транспортных средств на улично-дорожной сети в условиях све тофорного регулирования, Цель изобре2 тения — расширение функциональных воэможностей, Устройство содержит распределители 1 вариантов движения, блоки 2 коммутации, задатчик 3 вариантов движения, блоки 4 индикации, блоки 5 задания скорости движения, блоки 6 задания интервалов следования, формирователи 7 режимов и характеристик движения, ключевые элементы

8, преобразователь 9 частоты в напряжение и блок синхронизации. Устройство обеспечивает моделирование непрерывного движения в зоне нескольких перекрестков, образования и разьездов очередей в зоне нескольких перекрестков, движения в условиях координированного регулирования по принципу "зеленая волна" и в условиях регулирования по принципу "зеленая улица" и движения в условиях независимого регулирования. 3 ил.

1518826

Изобретение относится к техническим средствам моделирования и обучения управлению дорожным движением и может быть использовано для иссле5 донания режимов и характеристик движения транспортных средств на уличнодорожной сети в условиях светофорного регулирования, Цель изобретения — расширение

10 функциональных возможностей.

На фиг, 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 — схема улично-дорожной сети с блоками индикации; на фиг, 3 — структурная схема блока синхронизации, Устройстно содержит распределители

1 вариантов движения, блоки 2 коммутации, задатчики 3 вариантов движения, блоки 4 индикации, блоки 5 задания скорости движения транспортных средств, блоки 6 задания интервалов следования транспортных средств, формирователи 7 режимов и характеристик движения, ключевые элементы 8, преобразователь 9 частоты в напряжение и блок 10 синхронизации. Каждый из формирователей 7 режимов и характеристик движения содержит элемент

11 задержки, триггер 12, элемент 13 И, блок 14 элементов И и регистр 15 сдвига. Первый вход блока 14 элементов И является первым входом формирователей 7, вход элемента 11 задержки — вторый входом формирователя 7, второй вход триггера 12 — третьим входом формирователя 7, выход элемента 11 задержки подключен к первым входам регистра 15 сдвига и элемента

13 И первый выход регистра 15 сцвига

У

40 подключен к третьему входу блока 14 элементов И и является первым выходом формирователя 7, выход блока 14 элементов И подключен к второму входу регистра 15 сдвига, второй выход 45 которого подключен к второму входу элемента 13 И и является вторым выходом формирователя 7, выход элемента

l3 И подключен к первому входу триггера 12 выход которого подключен

Э

50 к третьему входу регистра 15 сдвига, Второй вход блока 14 элементов И формирователя 7 режимов и характеристик движения одного из последующих перекрестков является четвертым входом этого формирователя 7. Второй вход других формирователей 7 объединен с входом элемента 11 задержки.

Выходы распределителей 1 вариантов движения связаны с первыми входами формирователей 7 режимов и характеристик движения и подключены через блоки 2 коммутации к первым входам задатчиков 3 вариантов движения, выходы которых соединены с входами блоков 4 индикации, выходы блоков 5 задания скорости движения транспортных средств соединены с вторыми входами формирователей 7 режимон и характеристик движения, выходы блоков

6 задания интервалов следования подключены через ключевые элементы 8 к третьим входам соответствующих формирователей 7 режимов и характеристик движения, первый и второй ныходы каждого из которых подключены соответственно к второму и третьему входам соответствующего задатчика 3 вариантон движения, выход блока 5 задания скорости одного из перекрестков через преобразователь 9 частоты в напряжение соединен с входом блока 10 синхронизации, выходы которого соединены с входами питания соответствующих распределителей 1 вариантов движения, выходы распределителей 1 вариантов движения для предшествующих по направлению движения транспортных средств перекресткон связаны с управляющими входами ключевых элементов 8, соответствующих последуюп1ии по направлению движения транспортных средств перекрестком, четвертый вход формирователя 7 режимов и характеристик движения одного из последующих по направлению движения транспортных средств перекрестков

1 соединен с выходом распределителя вариантов движения предшествующего перекрестка.

Регистр 15 сдвига состоит из днух групп триггеров, соединеннык таким образом, что выход i-ro триггера второй группы (i-й разряд) соединен.с инфо рма ционным входом (i+1) -го триг -,=ра первой группы, причем i изменяется от единицы до N, где N — количество триггеров в каждпй группе равное количеству элементов И в блоке

)4 к э.пичеству световых указателей и ключей, управляющих их включением н блоке 4 индикации, и пропорциональ.ное длине подхода к перекрестку, а выход i-го триггера первой группы соединен с информационным входом

i-го триггера второй группы. Управляющие входы ключей в задатчиках 3

5 1518826 6 ваРиантов дв. .ия связаны с их вто- второй группы и содержимое триггера рыми и третьими входами. l2 в триггеры первой группы. Во втоБлоки 4 индикации объединены в ром такте задержанными импульсами с схему 16 улично-дорожной сети на ко- выхода элемента 11 задержки постуУ

Э торой представляется состояние транс- пающими на входы синхронизации тригпортных потоков и органов регулнрова- герон второй группы, образующих перния движения - макетов светофоров. ные входы регистра 15 сдвига, передаКлючевые элементы 8 выполнены, на- ется содержимое триггеров первой группример, в виде реле с нормально замк- 10 пы в триггеры второй группы и осунутыми (разомкнутыми) контактами. ществляется сдвиг информации, запиБлок 10 синхронизации предназначен санной н младший разряд регистра 15 для организации совместной работы ор- сдвига на один разряд влево, Одноганов регулирования движения и рас- временно импульсами с выхода младпределителей 1 вариантов движения на 15 шего разряда регистра 15 сдвига, обперекрестках в режимах, соответствую- разующего его второй выход, осущестщих реальным режимам связанного дви- вляется установка триггера 12 в исжения транспортных средств зеленая

lt ходное состояние при поступлении им1! 1f tt улица или зеленая волна пульса синхронизации с выхода элеменБлок 10 синхронизации содержит 2(j та 11 задержки, после чего он готов блок 17 задания уровней напряжения, к приему новой информации, например, тумблер 18, интегратор 19, компарато- импульса логического уровня "1 ñ ры 20, ключи 21, источник 22 пита- ныхода блока 6 задания интервалов ния. Входом блока 10 синхронизации следования, Таким образом, появление является вход тумблера 18, выходами 25 логического уровня "1" на выходе выходы ключей 21. Выход тумблера 18 младшего разряда регистра !5 сдвига соединен с входом интегратора 19, разрешается триггером 12 при поступвыход которого связан с первыми нхо- ленин на его вход очередного импульса дами компараторон 20, вторые входы с генератора блока 6 задания интервакоторых подключены к выходам блока 0 лон следования, и дальнейшего продвиl7 задания уровней напряжения, а вы- жения влево по разрядам регистра !5 ,ходы соединены с управляющими нхо- сдвига осуществляется с частотой

Э дами ключей 21, другие входы кото- задаваемой генератором блока 5 задарых подключены к источнику 22 пита- ния скорости движения транспортных ния, а выходы являются выходами бло-, средств„ Одновременно через блок 3 ) Ъ ка 10 синхронизации. задания вариантов движения обеспечиУстройство работает следующим об.- вается блоком 4 индикации появление разом. светового указателя наличия транс1. Моделирование непрерывного портного средства на макете передвижения в зоне нескольких перекрест- 40 крестка, отстающего по времени от поков. явления предыдущего указателя на веПри подаче распределителем 1 вари- личину d t а перемещение указателя антон движения к-го перекрестка раз- по макету полосы движения осуществлярешающего сигнала, соответствующего ется дискретно с периодом йй, где логическому уровню "0", этот сигнал 45 Л,=1/f „, d tel/fz f и à — часточерез разделительные диоды поступает ты следования импульсов с выходов на первые входы элементов И блока 14 блоков 6 и 5 соответственно, причем элементов И, и в момент времени, соот- Е кратно Е,. Период Д и соответствуветствующий приходу импульса с выхо- ет н масштабе моделируемому интервада блока 5 задания скорости транс- 0 лу следования, частота f — скорости портных средств на вторые входы эле- движения, а произведение f f — Инментов И блока 14, разрешает прохож- тенсинности движения. В случае налидение тактовых импульсов на вторые чия разрешающего сигнала на движение, входы регистра 15 сдвига, образо- например, на К вЂ” м перекрестке, этим ванные входами синхронизации триг- 55 сигналом поддерживается открытие герон 1-й группы. Регистр 15 сдвига состояния ключевого элемента 8 на работает по двухтактной схеме. В пер- (K+I)-м перекрестке по направлению вом такте импульсами с выходов блока моделируемого движения, вследствие

14 передается содержимое триггеров чего с выхода блока 6 задания интер1518826 валов следования для (К+1)-ro перекрестка поступают через открытый ключевой элемент 8 импульса логического уровня "1" на третий вход формирова теля 7 режимов и характеристик движения, которые записываются в младший разряд регистра 15 сдвига данного формирователя 7, что соответствует появлению светового указателя в блоке 4 индикации на макете (К+1)-ro перекрестка с периодом dt и продвижению его по макету полосы движения дискретно с периодом dt s, задаваемыми блоками 6 и 5 соответственно для (K+1)-го перекрестка. Аналогично при наличии разрешающего сигнала на движе+ ние на (К+1)-и перекрестке им поддерживается открытое состояние ключевого элемента 8 на (К+2) -м перекрестке, с выхода блока 6 задания интервалов следования (К+2)-ro перекрестка на третий вход формирователя 7 режимов и характеристик движения этого же перекрестка, что соответствует появлению и продвижению световых указателей в блоке 4 индикации на макете (К+2)-го перекрестка, т.е. моделированию непре ывного движения (зоны 1 на фиг.2).

2. Иоделирование образований и разъездов очередей транспортных средств в зоне нескольких перекрестков и моделирование их движения по перегонам.

При появлении на выходе распределителя 1 вариантов движения К-го пе35 рекрестка,, запрещающего сигнал логи-ческого уровня "1" регистр 15 сдвига переходит в режим накопления. В этом случае вследствие наличия обратной связи через разделительные диоды с первых выходов регистра 15 сдвига на третьи входы блока 14 элементов И и запрета с распределителя 1 вариантов движения, тактовые импульсы не поступают на входы триггеров первой группы, начиная, например, с двух старших разрядов. Тогда запрещается передача содержимого триггеров первой группы в триггеры второй, и сдвиг информа50 ции происходит только в оставшихся младших разрядах, а начиная со старшего разряда на выходах регистра 15 сдвига устанавливаются последовательно через один разряд сигналы логического уровня 1", при этом световые н 11 55 указатели блока 4 индикации имитируют остановку транспортных средств и образование очереди на К-м перекрестке в направлении движения (эона

2 на фиг. 2) .

При подаче запрещающего сигнала на движение на К-м перекрестке этот сигнал с выхода распределителя 1 вариантов движения поступает на управляющий вход ключевого элемента 8 (К+1)-го перекрестка, который прерывает поступление импульсов от блока 6 задания интервалов следования на третий вход формирователя 7 режимов и характеристик движения (К+1)-го перекрестка, сигналы логического уровня "1" в младший разряд регистра сдвига не записываются, и на макете полосы движения блока 4 индикации данного перекрестка, в ее начальном сечении не происходит появления светового указателя и дальнейшего его продвижения по полосе движения. По другим разрядам регистра

15 сдвига осуществляется сдвиг информации логического уровня "1", записанной в нем ранее от блока 6 во время нахождения ключевого элемента

8 в открытом состоянии. В результате на макете полосы движения между двумя перекрестками образуется свободная от световых указателей зона 2, моделирующая разрывы в транспортном потоке на перегоне между соседними перекрестками. Величина этой зоны меняется во времени и зависит от состояний распределителей 1 вариантов движения на смежньм перекрестках, например на К-и и (К+1)-м, Тем самым моделируется меняющаяся плотность транспортного потока на полосе движения, В случае, например, наличия запрещающего сигнала на движение на

К-м перекрестке и разрешающего сигнала на (К+1)-м перекрестке величина этой зоны (разрыва ) увеличивается, Если же на К-м и (К+1)-м перекрестках присутствует разрешающий сигнал на движение в регистр 15,сдвига формирователя 7 режимов и характеристик движения (К+1)-ro перекрестка записывается с частотой f и по его разрядам сдвигается с периодом

4t информация, то ключевой элемент

8 (K+2)-ro перекрестка открыт, информация поступает и в регистр 15 сдвига формирователя 7 (К+2)-го перекрестка, в котором происходит или непрерывный сдвиг — при разрешающем сигнале на движение от распределителя 1 вариантов движения (К+2)-ro nepe9 15 крестка, или при запрещающем сигнале на выходах регистра 15 сдвига устанавливаются последовательно через один разряд сигнала логического уровня "1", при этом световые указатели блока 4 индикации на макете полосы движения (К+2)-го перекрест\ ка имитируют остановку транспортных средств и образование очереди (зона

4 на фиг. 2) .

3. Моделирование движения в условиях координированного регулирования по принципу "зеленая волна" и в условиях регулирования по принципу

"зеленая улица".

Значение скорости движения транспортных средств, пропорциональное частоте импульсов с выхода блока 5

К-ro перекрестка, образуется преобразователем частоты в напряжение в пропорциональную скорости величину напряжения, которое после перевода устройства в режим "зеленая волна" замыканием тумблера 18 поступает на вход интегратора 19. Процесс изменения напряжения на выходе интегратора

l9 имитирует продвижение транспортных средств по улично-дорожной сети, при этом величина напряжения пропорциональна пройденному пути: Это напряжение поступает на первые входы компаряторов 20, на вторые входы которых от блока 17 поданы напряжения, величины которых пропорциональны длинам перегонов от К-го перекрестка до остальных в направлении движения.

В моменты равенства напряжений с выхода интегратора 19 и выхОдов блока 17 компараторы 20 изменяют свое состояние и открывают ключи 21, через которые от источника 22 питающее напряжение в определенные моменты времени подается последовательно на распределители 1 вариантов движения на К-м, (K+f) ì, (К+2)-и и т.д. перекрестках, запускает их, начиная, например, с разрешающего (зеленого ) сигнала, т.е. открывая возможность движения подошедшим транспортным средствам. В дальнейшем распределители l функционируют по присущей каждому из ннх временной программе.

Совместная работа распределителей 1 вариантов ДВижения на направления движения транспортных средств моделирует работу светофорной сигнализации по принципJJ зеленяя ВОлня я сООт ветствующие распределители 1 регули18826 10 руют изменения состояний регистров сдвига в формирователях 7 и соответст-! венно изменения состояний световых указателей в блоках 4 индикации. Таким образом, на схеме 16 индицируется перемешение световых указателей, моделирующее беспрепятственное движение транспортных средств в направлении координации. Изменениями величин напряжений на вторых входах компараторов может быть достигнута та или иная степень безостановочного проезда (за счет изменения сдвига в подаче зеле15 НОГО СИГналЯ ) °

При необходимости моделирования движения в условиях регулирования по принципу зеленая улица" ня всех выходах блока 17 задания уровней на2О пряжения устанавливается одинаковое значение напряжения, например, ноль.

Тогда включение разрешающего сигнала на К-м, (К+1)-м, (К+2)-м и т.д. перекрестках осуществляется одновременно

25 и через данные перекрестки, по макетам полос движения осуществляется непрерывное перемещение световых указателей, моделирующее движение транспортных средств по принципу "зеленая улица, 4. Моделирование движения в условиях независимого регулирования.

В этом случае в блоке 17 задания уровней напряжения устанавливаются

35 произвольные, например случайные, подчиняющиеся нормальному закону распределения, значения напряжений, поступающих на вторые входы компараторов 20. При замыкании тумблера 18 и

4О возрастании напряжения на выходе интегратора 19 срабатывание компараторов 20, открытие ключей 21 и подача питания на распределитель 1 вариантов движения осуществляется случайным об45 разом, а перемещение световых указателей в блоках 4 индикации будет определяться функционированием распределителей 1.

5. Моделирование движения в условиях синхронного координированного регулирования.

В блоке 17 уровни напряжений устанавливаются таким образом, чтобы, например, были равны между собой напряжения, подаваемые на входы компараторов 20 всех нечетных перекрестков и были равны между собой напряжения, подаваемые на входы компараторов всех четных перекрестков (по направ11 151 лению движения) . Соотношение этих двух не равных друг другу величин напряжений задается, например, по величине скорости движения транспортных средств в начальном сечении, т.е, по частоте импульсов блока 5 задания скорости на ключевом перекрестке и средней длине перегона между перекрестками. Тогда на соседних перекрестках обеспечивается сочетание разрешающего и запрещающего сигналов с распределителей 1, а на перекрестках "через один" сигналы будут однородными. В этом слу:ае при моделировании свободного движения, например, на К-м перекрестке, на (К+1)-м перекрестке осуществляется накопление очереди, но при движении световых указателей К-го ерекрестка в эоне (К+1)-ro и достижении (по времени) ими подхода к (К+

+1)-му перекрестку, сигнал распределителя 1 на нем изменит свое состояние на разрешающий, произойдет разъезд накопленной очереди и продвижение через (К+1)-й.перекресток световых указателей, проследовавших ранее через К-й перекресток.

Таким образом, в предлагаемом устройстве обеспечивается возможность моделирования в реальном времени режимов и характеристик связанного и независимого дорожного движения на группе перекрестков, входящих в улично-дорожную сеть, в условиях реализации различных способов светофорного регулирования, а также воэможность исследования плотности транспортного потока, транспортных задержек и очередей на магистралях при различных параметрах режимов координированного регулирования, что расширяет функциональные возможности устройства.

8826 12 формула изобретения

1. Устройство для моделирования дорожного движения по авт, св.

В 1065870, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно снабжено ключевыми элементами, преобразователем частоты в напряжение и блоком синхронизации, при этом выходы блоков задания интервалов следования через ключевые элементы подключены к третьим входам соответствующих формирователей режимов и характеристик движения, выход блока задания скорости одного иэ перекрестков через преобразователь частоты в напряжение соединен с входом блока синхронизации, выходы блока

2О синхронизации соединены с входами

iпитания соответствующих распределителей вариантов движения, выходы распределителей вариантов движения для предшествующих по направлению движе25 ния транспортных средств перекрестков связаны с управляющими входами ключевых элементов, соответствующих последующим по направлению движения транспортных средств перекресткам, и чет30 вертый вход формирователя режимов и характеристик движения одного иэ последующих по направлению движения транспортных средств перекрестков соединен с выходом распределителя вариантов движения предшествующего перекрестка.

2. Устройство по и, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что четвертый вход формирователя режимов и харак4р теристик движения одного из последующих по направлению движения транспортных средств перекрестков соединен с вторыми входами элементов И блока элементов И этого формирова45 теля .

° ° °

° ° °

° ° °

° ° °

° ° °

° ° °

° Ф °

° ° °

l518826 ю (И-u neфЬфРИЮ

4/ М

_#_-й мрекрпюю 3nea

1 gggg

Составитель С, Белоусько

Редактор Т, Лазоренко Техред Л.Сердюкова Корректор О. Кравцова

Заказ 6606/53 Тираж 469 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101 I

lI

J!!

I!

tl !

lI

II